Atoms. Res.|黄土高原变化环境下气象干旱可预报性动态及其可能的驱动机制

文摘   2024-12-26 12:04   甘肃  
DOI:https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2024.107842

干旱预报对于水资源管理和有效应对干旱具有重要意义,干旱的可预报性可能随着环境的变化而变化。大部分研究集中于干旱预报技术的开发,而对干旱可预报性的理论研究较少,如气象干旱可预报性的动态变化及其可能的驱动机制等。基于支持向量机回归模型的Kling-Gupta效率(KGE")系数表征了气象干旱的可预报性,测度了干旱可预报性的空间分布、集聚性和动态变化,定量分析了干旱可预报性时空变化的主要驱动力及其关系。

以中国生态环境脆弱的干旱易发区黄土高原为例,研究结果表明:(1)黄土高原西部地区干旱可预报性高于东部地区,热点区域集中在西部沙地和农业灌区;(2)受环境变化影响,1962—2019年黄土高原气象干旱可预报性呈现下降趋势,秋季干旱可预报性下降明显;(3)气象、陆地因素和海气耦合要素通过强烈影响干旱指数序列的变异系数,主导了气象干旱可预报性的时空格局,并探讨了相关的因果路径。该研究为变化环境下干旱可预报性动态研究提供了新的思路,对于提高干旱预报、预警和减灾能力具有重要意义。

图3. KGE "空间分布,(a)表示按一年中各月份计算的KGE",(be)分别表示春季(3月至5月)、夏季(6月至8月)、秋季(9月至11月)和冬季(12月至次年2月)。

图4. KGE " LISA聚类图,(ae)含义与图3相同。HH表示第i区域干旱可预测性高,周边区域平均干旱可预测性高;LL表示第i区域属性低,周边区域属性均值低;LH表示第i区域属性均值低,周边区域属性均值高;HL表示第i区域属性高,周边区域属性平均值低;ns表示分布随机,不显著(姚明等,2022)。

图5.不同滑动窗口下干旱可预报性KGE”动态,(ae)含义与图3相同,折线表示移动窗口下的平均链接线。

图6.滑动窗口中KGE”动态变化的空间分布,(ae)表示与图3中相同的含义图7 SPEI -CV与干旱可预报性KGE"关系(a)滑动窗口SPEI-CV均值空间分布;(b)SPEI-CV与KGE"双变量LISA聚类图,HH表示i区域SPEI-CV较高,周边区域平均KGE"也较高。LL表示i区域SPEI-CV均值较低,周边区域平均KGE"较低。LH表示i区域SPEI-CV均值较低,周边区域平均KGE"较高。HL表示i区域SPEI-CV均值较高,周边区域平均KGE"较低。ns表示分布随机,不显著。


图8.地理探测器对各因素相互作用的检测结果,(ae)含义与图3相同。


图9.基于随机森林重要性的驱动因素面积占比——最重要的因素,(ae)含义与图3相同。


图10滑动窗口下气象干旱可预报性主导因子KGE”变化的空间分布,(ae)含义同图3


图11.气象干旱可预报性结构方程模型。(a)气象干旱可预报性静态空间分布主导因子结构方程模型;(b)气象干旱可预报性动态变化主导因子结构方程模型。***:P  < 0.001;**:P  < 0.01。红色箭头代表正贡献,绿色箭头代表负贡献,实线代表直接作用,虚线代表间接作用,箭头旁边的数字代表标准化路径系数。箭头开头代表自变量,结尾代表因变量,两变量之间的标准化路径系数代表直接影响。


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